Realizing Ultrathin LiSn Alloy Anode by Tuning the Wettability of Molten Li for High-Energy-Density Batteries

材料科学 阳极 过电位 锂(药物) 阴极 化学工程 合金 电流密度 润湿 电化学 成核 复合材料 电极 电气工程 化学 物理化学 医学 内分泌学 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Yifei Chen,Qihang Zhang,Kaiming Wang,Mengyuan Shen,Liang Zhang,Yunpeng Li,Jiamin Yuan,Anli Wang,Fei Shen,Xiaogang Han
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (22): 28570-28577 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04070
摘要

Despite being heralded as the "holy grail" of anodes for their high theoretical specific capacity, lithium (Li) metal anodes still face practical challenges due to difficulties in fabricating ultrathin Li with controllable thickness and suppressing Li dendrites growth. Herein, we introduce a simple and cost-effective dip-coating method to fabricate ultrathin lithium-tin (LiSn) anode with adjustable thicknesses ranging from 4.5 to 45 μm. The in situ formation of Li22Sn5 alloy improves the wettability of the molten Li, enabling the casting of ultrathin Li metal layers on different substrates. More importantly, the abundant Li22Sn5 lithiophilic sites significantly lower the nucleation overpotential, inducing uniform Li deposition and accelerating the electrochemical reaction at the interface. As a result, the symmetric cell assembled with LiSn-Cu electrodes can cycle stably for more than 120 h with a charge/discharge depth of 50%, which is 1.5 times longer than the lifespan of the pure Li anode. In the full cells paired with NCM cathode, the discharge specific capacity is improved from 13.84 to 70.31 mA h g-1 with the LiSn-Cu anode at 8 C. The LiSn-Cu||NCM full cell realized a high energy density of 724.9 Wh kg-1 at the active material level with an N/P ratio of 1.4.
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